药物分子生物学第4堂课

1、复习：复习：第一节第一节 蛋白质组学概述蛋白质组学概述2主要内容主要内容一、蛋白质组学一、蛋白质组学 二、蛋白质组学的分类二、蛋白质组学的分类 三、蛋白质组与转录组的关系三、蛋白质组与转录组的关系 * *四、蛋白质组学的主要研究技术四、蛋白质组学的主要研究技术自测题自测题41.1.名解：蛋白质组名解：蛋白质组 * *蛋白质组是由一个基因组、一个蛋白质组是由一个基因组、一个细胞、一个有机体或某一特定的组细胞、一个有机体或某一特定的组织类型所表达的织类型所表达的全部蛋白质全部蛋白质。52.2.名解：蛋白质组学名解：蛋白质组学 蛋白质组学是研究蛋白质组的科学。蛋白质组学是研究蛋白质组的科学。研究蛋白

2、质的研究蛋白质的组成组成、表达表达水平、翻水平、翻译后译后修饰修饰、蛋白质间、蛋白质间相互作用相互作用等。等。63.3.名解：表达蛋白质组学名解：表达蛋白质组学 比较不同样品间蛋白质比较不同样品间蛋白质表达谱、表表达谱、表达量、修饰的差异达量、修饰的差异，发现疾病特异，发现疾病特异性蛋白质或药靶。性蛋白质或药靶。74.4.名解：结构蛋白质组学名解：结构蛋白质组学 对特定对特定细胞器细胞器中全部蛋白质或蛋白中全部蛋白质或蛋白质复合体的质复合体的结构结构进行分析，确定它进行分析，确定它们在细胞中的们在细胞中的定位定位，了解蛋白质之，了解蛋白质之间的间的相互关系相互关系。85.5.名解：功能蛋白质组

3、学名解：功能蛋白质组学 研究执行某种功能的：研究执行某种功能的： 蛋白质复合体蛋白质复合体 蛋白质蛋白质- -蛋白质相互作用蛋白质相互作用 蛋白质蛋白质-DNA/RNA-DNA/RNA相互作用相互作用 蛋白质翻译后修饰。蛋白质翻译后修饰。96.6.蛋白质组学技术有哪些？蛋白质组学技术有哪些？（一）双向凝胶电泳（一）双向凝胶电泳（二）生物质谱（二）生物质谱（三）蛋白质芯片（三）蛋白质芯片（四）酵母双杂交（四）酵母双杂交（五）生物信息学（五）生物信息学107.7.名解：名解：肽质量指纹谱（肽质量指纹谱（PMFPMF） 肽质量指纹谱（肽质量指纹谱（Peptide Mass Peptide Mass

4、Fingerprinting, PMFFingerprinting, PMF）是蛋白质被）是蛋白质被识别特异酶切位点的蛋白酶水解后识别特异酶切位点的蛋白酶水解后得到的得到的肽片段的质量图谱肽片段的质量图谱。118.8.简述简述2-DE+MS2-DE+MS研究蛋白质组的程序研究蛋白质组的程序样品制备（蛋白质提取）样品制备（蛋白质提取）蛋白质分离（双向电泳）蛋白质分离（双向电泳）凝胶染色（便于观察）凝胶染色（便于观察）图像分析：寻找丰度差异的斑点图像分析：寻找丰度差异的斑点胶内酶切（肽混合物的制备）胶内酶切（肽混合物的制备）质谱分析（获得肽指纹图）质谱分析（获得肽指纹图）数据库检索（鉴定）数据库检

5、索（鉴定）129.9.填空：填空： 酵母双杂交系统是根据真核细胞转酵母双杂交系统是根据真核细胞转录调控特点建立的录调控特点建立的研究活细胞内研究活细胞内（ ）相互作用）相互作用的技的技术。术。1310.10.生物信息学在蛋白质组学有哪些生物信息学在蛋白质组学有哪些应用？应用？ 分析分析和和构建构建双向凝胶双向凝胶电泳图谱电泳图谱 搜索搜索与与构建数据库构建数据库 蛋白质结构和功能的蛋白质结构和功能的预测预测 分析软件、检索分析软件、检索软件的应用与开发软件的应用与开发第二节药物蛋白质组学及应用第二节药物蛋白质组学及应用14第二节药物蛋白质组学第二节药物蛋白质组学及应用及应用Pharmacopr

6、oteomicsPharmacoproteomics15药物蛋白质组学的概念（药物蛋白质组学的概念（1/21/2）* *将蛋白组学的理论和技术用于药物将蛋白组学的理论和技术用于药物研究领域，通过对比健康状态与疾研究领域，通过对比健康状态与疾病状态的细胞或组织的蛋白质组表病状态的细胞或组织的蛋白质组表达差异，达差异，发掘药物靶点发掘药物靶点或或16药物蛋白质组学的概念药物蛋白质组学的概念(1/2)(1/2)* *药物治疗前后蛋白质表达状况的分药物治疗前后蛋白质表达状况的分析，用于析，用于药物作用机制、药物不良药物作用机制、药物不良反应的研究反应的研究，以评价药物类似物的，以评价药物类似物的结构与

7、活性关系等，由此发展起来结构与活性关系等，由此发展起来的一门学科称之为药物蛋白组学。的一门学科称之为药物蛋白组学。第二节主要内容第二节主要内容药物蛋白质组学的概念药物蛋白质组学的概念 发现发现药物药物和和药靶药靶 研究药物的作用机制研究药物的作用机制 研究药物的不良反应研究药物的不良反应 研究药物的耐药机制研究药物的耐药机制18主要内容主要内容一、药物蛋白质组学概述一、药物蛋白质组学概述二、药物蛋白质组学在药理药学研究二、药物蛋白质组学在药理药学研究中的应用中的应用三、蛋白质组学在药物不良反应研究三、蛋白质组学在药物不良反应研究中的应用中的应用四、蛋白质组学在中药研究中的应用四、蛋白质组学在中

8、药研究中的应用本节课必须掌握的内容本节课必须掌握的内容什么是药物筛选模型？什么是药物筛选模型？新药筛选模型的类型有那些？新药筛选模型的类型有那些？什么是什么是Drug targetDrug target？蛋白质组学发现药靶的基本策略蛋白质组学发现药靶的基本策略是什么？是什么？1920一、药物蛋白质组学概述一、药物蛋白质组学概述药物蛋白质组学的研究内容：药物蛋白质组学的研究内容： 临床前：临床前：发现药靶和药物发现药靶和药物、研究药物、研究药物作用作用机制机制和毒理学和毒理学机制机制 临床：药靶作为选择药物的依据和临临床：药靶作为选择药物的依据和临床诊断的标记物、基于蛋白质组差异床诊断的标记物、

9、基于蛋白质组差异的个体化的个体化治疗治疗 中药中药药理和新药发现药理和新药发现二、药物蛋白质组学应用二、药物蛋白质组学应用21二、药物蛋白质组学在药理药学二、药物蛋白质组学在药理药学研究中的应用研究中的应用蛋白质组学技术应用于药学研究最蛋白质组学技术应用于药学研究最经典的技术路线：双向电泳经典的技术路线：双向电泳+ +质谱质谱比较：比较： 正常组正常组 疾病组疾病组 给药组给药组示意图示意图24药物不良反应研究药物不良反应研究中药研究中药研究25药理药学研究药理药学研究（一）构建分子药理筛选模型（一）构建分子药理筛选模型（二）药物靶点的发现、验证和优化（二）药物靶点的发现、验证和优化（三）药物

10、作用机制研究（三）药物作用机制研究（四）药物毒理机制研究（四）药物毒理机制研究（五）耐药机制研究（五）耐药机制研究26（一）构建分子药理筛选模型（一）构建分子药理筛选模型 * *药物筛选模型药物筛选模型: : 是用来是用来确证确证某种物质是否具有生物某种物质是否具有生物活性和治疗作用（即药理活性）的活性和治疗作用（即药理活性）的一种实验方法。一种实验方法。27* *新药筛选模型的类型有那些：新药筛选模型的类型有那些： 整体动物模型整体动物模型 组织、器官水平模型组织、器官水平模型 分子水平模型分子水平模型281.1.整体动物模型整体动物模型理想动物病理模型应具备的理想动物病理模型应具备的3 3

11、个条件：个条件： 病理机制病理机制相似性相似性 病理表现的病理表现的稳定性稳定性 药物作用的药物作用的可观察性可观察性291.1.整体动物模型整体动物模型 优点：直观。优点：直观。 不足：依赖手工；样品（药）数受不足：依赖手工；样品（药）数受限；局限性、效率低、费用高。限；局限性、效率低、费用高。2.组织、器官水平模型组织、器官水平模型302.2.组织、器官水平模型（组织、器官水平模型（1/31/3） 观察药物对特定组织或器官的作用：观察药物对特定组织或器官的作用： 血管、血管环血管、血管环 心脏灌流心脏灌流 组织培养等组织培养等312.2.组织、器官水平模型（组织、器官水平模型（2/32/3

12、） 优点：样品（药）用量少；动物耗优点：样品（药）用量少；动物耗费少，多药同筛，降低成本；减少费少，多药同筛，降低成本；减少了影响因素。了影响因素。322.2.组织、器官水平模型（组织、器官水平模型（3/33/3） 不足：规模小、效率低，不易实现不足：规模小、效率低，不易实现一药多筛（多活性），技术要求高。一药多筛（多活性），技术要求高。333.3.分子水平模型分子水平模型即蛋白质水平：即蛋白质水平： 自动化自动化 大规模大规模 高通量高通量(High throughput (High throughput screeningscreening，HTS)HTS) 实现了一药多筛（多活性）实现了

13、一药多筛（多活性）例如例如非甾体类抗炎药非甾体类抗炎药吲哚美辛吲哚美辛 炎症模型大鼠，炎症模型大鼠， 给与大鼠吲哚美辛，给与大鼠吲哚美辛， 观察给药前后大鼠血清中蛋白质组的观察给药前后大鼠血清中蛋白质组的变化，变化， 建立非甾体类抗炎药血清蛋白质组的建立非甾体类抗炎药血清蛋白质组的表达框架，表达框架， 应用该框架筛选其它非甾体类抗炎药。应用该框架筛选其它非甾体类抗炎药。药理药学研究：（二）药物靶点的发现、验证和优化药理药学研究：（二）药物靶点的发现、验证和优化35（二）药物靶点的发现、验证（二）药物靶点的发现、验证和优化和优化 药物靶点的发现药物靶点的发现 药物靶点的验证药物靶点的验证 药物靶

14、点的优化药物靶点的优化361.1.药物靶点的发现药物靶点的发现* *Drug targetDrug target：是细胞内与药物相互作用，并赋予是细胞内与药物相互作用，并赋予药物效应的分子。药物效应的分子。多数药靶是蛋白质：酶、受体、激多数药靶是蛋白质：酶、受体、激素、信号分子等。素、信号分子等。37作为蛋白质药靶的必要条件：作为蛋白质药靶的必要条件： 患病部位高表达患病部位高表达 体外实验：调节靶点活性体外实验：调节靶点活性 产生产生效应效应 动物模型：该效应再现动物模型：该效应再现 人体试验：有治疗效果人体试验：有治疗效果38* *蛋白质组学蛋白质组学发现发现药靶的基本策略：药靶的基本策略

15、：比较正常与疾病：比较正常与疾病： 组织组织 细胞细胞 或体液或体液的蛋白质表达的蛋白质表达谱谱差异和表达差异和表达量量变化。变化。潜在的药物靶点：潜在的药物靶点：（1 1）以疾病）以疾病特异性蛋白特异性蛋白为药物靶点为药物靶点 急性淋巴细胞白血病：急性淋巴细胞白血病：Op18Op18高表达高表达且磷酸化且磷酸化（2 2）以）以生物标记分子生物标记分子为药物靶点为药物靶点 高转移肝癌细胞高转移肝癌细胞株株：细胞角蛋白：细胞角蛋白CK19CK19高表达。高表达。潜在的药物靶点：潜在的药物靶点：生物标志物生物标志物生物标志物（生物标志物（1/31/3） 生物标志物是生物体发生生物标志物是生物体发生

16、严重损害严重损害之前之前，在不同生物学水平上异常化，在不同生物学水平上异常化的信号指标。它可以对严重毒性伤的信号指标。它可以对严重毒性伤害提供早期警报。害提供早期警报。生物标志物（生物标志物（2/32/3） 细胞分子结构和功能的变化细胞分子结构和功能的变化 某一生化代谢过程的变化或生成异某一生化代谢过程的变化或生成异常的代谢产物或其含量常的代谢产物或其含量 某一生理活动或某一生理活性物质某一生理活动或某一生理活性物质的异常表现的异常表现生物标志物（生物标志物（2/32/3） 个体表现出的异常现象个体表现出的异常现象 种群或群落的异常变化种群或群落的异常变化 生态系统的异常变化。生态系统的异常变

17、化。（3 3）以）以酶分子酶分子为药物靶点为药物靶点 骨质疏松：组织蛋白酶骨质疏松：组织蛋白酶K K高表达。高表达。 （转录组学技术）（转录组学技术）p218p218潜在的药物靶点：潜在的药物靶点：（4 4）以）以信号转导分子信号转导分子为药物靶点为药物靶点 通过比较，寻找某个信号途径中增通过比较，寻找某个信号途径中增加、减少或丧失的蛋白质或蛋白质加、减少或丧失的蛋白质或蛋白质修饰的变化。修饰的变化。潜在的药物靶点：潜在的药物靶点：46潜在的药物靶点：潜在的药物靶点：复习复习- -潜在的药物靶点潜在的药物靶点47复习复习- -潜在的药物靶点：潜在的药物靶点：（1 1）以疾病）以疾病特异性蛋白特

18、异性蛋白为药物靶点为药物靶点（2 2）以）以生物标记分子生物标记分子为药物靶点为药物靶点（3 3）以）以酶分子酶分子为药物靶点为药物靶点（4 4）以）以信号转导分子信号转导分子为药物靶点为药物靶点2.药物靶点的验证药物靶点的验证482.2.药物靶点的验证药物靶点的验证 研究靶蛋白的研究靶蛋白的功能功能，确定其在疾，确定其在疾病发生过程中的作用。病发生过程中的作用。 低效低效具体技术具体技术49 酵母双杂交系统酵母双杂交系统 逆双杂交逆双杂交：URA3URA3表达、生长抑制表达、生长抑制 胞质双杂交胞质双杂交：分析膜蛋白质：分析膜蛋白质(P219)(P219) 蛋白质芯片蛋白质芯片 化学蛋白质组

19、学化学蛋白质组学：精确灭活活细胞：精确灭活活细胞蛋白质蛋白质 生物传感芯片、转染细胞微阵列、生物传感芯片、转染细胞微阵列、转基因技术和基因敲出技术等转基因技术和基因敲出技术等逆双杂交逆双杂交蛋白质蛋白质 蛋白质蛋白质 URA3URA3表达表达 细胞不长细胞不长Reverse two-hybrid systemReverse two-hybrid system 该技术主要用于鉴定某种化合物和该技术主要用于鉴定某种化合物和多肽是否能干扰蛋白质间的相互作多肽是否能干扰蛋白质间的相互作用用 胞质双杂交胞质双杂交 cytoplasmic two-hybrid systemcytoplasmic two-

20、hybrid system 断裂泛素双杂交系统断裂泛素双杂交系统:split-:split-ubiquitin two-hybrid systemubiquitin two-hybrid system 用于分析膜蛋白的相互作用。用于分析膜蛋白的相互作用。52断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交）断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交）化学蛋白质组学化学蛋白质组学 断裂泛素断裂泛素 断裂泛素断裂泛素-转录因子转录因子 重组泛素重组泛素- -转录因子（被转录因子（被UBPUBP切割）切割） 转录因子进入细胞核，报告基因表转录因子进入细胞核，报告基因表达达突变断裂泛素突变断裂泛素 断裂泛素断裂泛素- -转录因子转

21、录因子 重组泛素重组泛素- -转录因子（不能被转录因子（不能被UBPUBP切切割）割） 转录因子进入细胞核，报告基因不转录因子进入细胞核，报告基因不表达表达53断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交）断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交）化学蛋白质组学化学蛋白质组学54断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交）断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交） 突变断裂泛素突变断裂泛素- -蛋白蛋白X X 断裂泛素断裂泛素- -蛋白蛋白Y Y- -转录因子转录因子 重组泛素重组泛素- -转录因子（被转录因子（被UBPUBP切割）切割） 转录因子进入细胞核，报告基因表转录因子进入细胞核，报告基因表达达化学蛋白质组学化学蛋白质组学55化学

22、蛋白质组化学蛋白质组学学 化学标记浓缩的一部分特殊蛋白质。化学标记浓缩的一部分特殊蛋白质。 例如：发色辅助激光灭活是化学蛋例如：发色辅助激光灭活是化学蛋白质组学的方法之一。它是活细胞白质组学的方法之一。它是活细胞蛋白精确灭活技术。蛋白精确灭活技术。56化学蛋白质组化学蛋白质组学学孔雀绿标记的非功能灭活抗体与特孔雀绿标记的非功能灭活抗体与特异性蛋白结合异性蛋白结合 激光照射激光照射孔雀绿产生活性分子孔雀绿产生活性分子 靶蛋白失活靶蛋白失活例如：该技术证实例如：该技术证实ezrinezrin和和pp60-c-pp60-c-srcsrc蛋白参与了肿瘤的发生过程。蛋白参与了肿瘤的发生过程。3.药物靶点

23、的优化药物靶点的优化573.3.药物靶点的优化药物靶点的优化 作为靶点的蛋白质是否为候选药物作为靶点的蛋白质是否为候选药物的最佳选择，是否为治疗的最佳位的最佳选择，是否为治疗的最佳位点。点。 靶点能被药物高效、特异地结合。靶点能被药物高效、特异地结合。 药靶的优化过程是综合各种信息的药靶的优化过程是综合各种信息的最优设计。最优设计。药理药学研究：（三）药物作用机制研究药理药学研究：（三）药物作用机制研究58（三）药物作用机制研究（三）药物作用机制研究(1/2)(1/2)蛋白质组学技术可用于：蛋白质组学技术可用于： 研究不同药物具有研究不同药物具有相同的相同的药物作药物作用机制用机制: :衍生物

24、衍生物(p220)(p220)： 通过观察蛋白质表达谱和表达量通过观察蛋白质表达谱和表达量的变化的变化59（三）药物作用机制研究（三）药物作用机制研究(2/2)(2/2)蛋白质组学技术可用于：蛋白质组学技术可用于：2.2.揭示药物作用机制，清晰药物作揭示药物作用机制，清晰药物作用用靶点靶点: :发现喹啉与红细胞膜上的发现喹啉与红细胞膜上的ALDH1ALDH1、QR2QR2结合，所以它们是靶结合，所以它们是靶点。点。3.3.为药物作用机制研究提供有价值为药物作用机制研究提供有价值的依据：的依据：P220P220药理药学研究：（四）药物毒理机制研究药理药学研究：（四）药物毒理机制研究60（四）药物

25、毒理机制研究（四）药物毒理机制研究 毒理蛋白质组学毒理蛋白质组学 药物毒理机制的研究药物毒理机制的研究611.1.毒理蛋白质组学毒理蛋白质组学毒理学：是研究外源性物质对生命有机毒理学：是研究外源性物质对生命有机体体损伤损伤作用和作用和规律规律及其及其机制机制的一门学科。的一门学科。传统毒理学：利用生化和病理指标。灵传统毒理学：利用生化和病理指标。灵敏度低、特异性差、描述多、机制少。敏度低、特异性差、描述多、机制少。毒理蛋白质组学：寻找产生毒理效应的毒理蛋白质组学：寻找产生毒理效应的靶蛋白靶蛋白毒理蛋白质组学包括毒理蛋白质组学包括2 2个主要部分：个主要部分： 临床前和临床中发现临床前和临床中发

26、现毒性标记物毒性标记物 毒性作用毒性作用机制机制研究。研究。632.2.药物毒理机制的研究药物毒理机制的研究（1 1）肝毒性机制研究）肝毒性机制研究1 1）药物）药物产生产生肝毒性作用的可能机制肝毒性作用的可能机制研究，研究，p221p2212 2）药物发挥肝）药物发挥肝解毒解毒作用的可能机制作用的可能机制研究研究642.2.药物毒理机制的研究药物毒理机制的研究（2 2）肾毒性机制研究）肾毒性机制研究1 1）药物导致）药物导致调控蛋白质调控蛋白质表达变化产表达变化产生毒性作用：生毒性作用：+ +环保菌素环保菌素A A 钙结合蛋白钙结合蛋白 钙在钙在肾脏异常沉积肾脏异常沉积 肾损伤肾损伤652.

27、2.药物毒理机制的研究药物毒理机制的研究（2 2）肾毒性机制研究）肾毒性机制研究2 2）药物影响与）药物影响与能量代谢能量代谢有关蛋白质有关蛋白质表达变化产生毒性作用表达变化产生毒性作用(P222)(P222)（3 3）致癌性的预测：生物标志）致癌性的预测：生物标志（p222p222）（五）耐药机制研究（五）耐药机制研究66（五）耐药机制研究（五）耐药机制研究 细菌耐药机制的研究细菌耐药机制的研究 肿瘤耐药机制的研究（肿瘤耐药机制的研究（p222p222） 通过研究给药后敏感细胞株和耐通过研究给药后敏感细胞株和耐药细胞株差异表达的蛋白质实现。药细胞株差异表达的蛋白质实现。三、蛋白质组学在药物不

28、良反应研究中的应用三、蛋白质组学在药物不良反应研究中的应用67三、蛋白质组学在药物不良反应研三、蛋白质组学在药物不良反应研究中的应用究中的应用 检测药物不良反应的方法包括：检测药物不良反应的方法包括： 能特异性鉴定引起不良反应的药物；能特异性鉴定引起不良反应的药物； 能发现药物引起的组织早期损伤；能发现药物引起的组织早期损伤； 能利用患者的体液进行检测。能利用患者的体液进行检测。1.1.寻找正常组织和不良反应组织蛋白质寻找正常组织和不良反应组织蛋白质表达的差异。表达的差异。四、蛋白质组学在中药研究中的应用四、蛋白质组学在中药研究中的应用68四、蛋白质组学在中药研究中的四、蛋白质组学在中药研究中的应用应用（一）中药有效成分作用靶点的识别（一）中药有效成分作用靶点的识别（二）中药药理作用的研究（二）中药药理作用的研究（三）濒危中药材细胞培养工程及相关（三）濒危中药材细胞培养工程及相关替代研究替代研究（一）中药有效成